【摘 要】
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随着现代社会飞速发展,新型材料层出不穷,其中纤维素类材料因可完全降解、原材料易获取、无毒无害、成本低等特点受到广大研究者们的青睐,目前已有大量的探索研究关于纤维素类材料,其中包括各类人造板与生物质基复合材料,研究者们主要通过对纤维素改性、使用添加剂和优化生产工艺等方式提高复合材料的力学性能以及赋予复合材料一些功能性。但目前生物质基复合材料力学性能普遍偏低,而且生物质基复合材料还存在着易燃、吸湿等缺
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随着现代社会飞速发展,新型材料层出不穷,其中纤维素类材料因可完全降解、原材料易获取、无毒无害、成本低等特点受到广大研究者们的青睐,目前已有大量的探索研究关于纤维素类材料,其中包括各类人造板与生物质基复合材料,研究者们主要通过对纤维素改性、使用添加剂和优化生产工艺等方式提高复合材料的力学性能以及赋予复合材料一些功能性。但目前生物质基复合材料力学性能普遍偏低,而且生物质基复合材料还存在着易燃、吸湿等缺陷。为了探索如何增强生物质基复合材料的机械强度以及解决生物质基复合材料的缺陷,本文以废弃纸板为原料,使用微晶纤维素（MCC）作为主要填充物,再以甲壳素（Chitin）作为增强材料与生物质胶黏剂,制备出了高强度纸浆纤维-MCC/甲壳素复合材料;随后通过磷酸氢二铵与尿素改性纸浆纤维,赋予了复合材料阻燃功能;然后用环氧大豆油（ESO）处理阻燃型复合材料,使已获得阻燃性能的复合材料同时具备耐水性能。探索了纤维素应用的新方法,为生物质基复合材料的功能化应用提供了一定的参考价值。最后通过电子扫描显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、热重分析仪（TG）、极限氧指数测定仪（LOI）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、接触角测定仪、通用万能力学试验机等仪器对复合材料的力学性能增强机理和功能性原理进行表征与解释,具体研究结果如下:1、以纸浆纤维为原料,微晶纤维素与甲壳素分别作为主要填充物与生物胶黏剂,将纸浆纤维、微晶纤维素和甲壳素以不同比例混合后,通过球磨得到纤维素、微晶纤维素和甲壳素的混合溶液,然后通过真空抽滤与热压工艺制备出了致密的复合材料。由于球磨过程中会得到的少量纳米纤维素丝,其作为额外的增强材料与微晶纤维素和甲壳素的协同增强复合材料,纸浆纤维-MCC/甲壳素复合材料力学性能有较大的提升。并优化了纸浆纤维-MCC/甲壳素复合材料的生产工艺参数,通过正交实验确定了纸浆纤维和微晶纤维素含量为固定的8g和4g时,甲壳素含量为2.5g,热压温度为120℃,时间为10h是纸浆纤维-MCC/甲壳素复合材料最佳工艺参数,在此工艺参数下复合材料弯曲强度达到139.77MPa,弯曲模量达到9.7GPa,拉伸强度为76.22MPa,冲击韧性为13.33KJ/m~2。2、以纸浆纤维为原料,微晶纤维素与甲壳素作为主要填充物和生物胶粘剂,用磷酸氢二铵与尿素阻燃改性纸浆纤维,将磷酸化纤维与未改性纤维以不同比例混合后加入到固定含量的微晶纤维素与甲壳素中,球磨后得到阻燃改性复合材料混合溶液,随后通过真空抽滤与热压工艺制备了致密的阻燃型复合材料。所制备的复合材料阻燃等级达到UL-94测试的V-0等级。但磷酸化纤维含量对复合材料的力学性能以及阻燃性能有较大影响,因此还探究了不同含量的磷酸化纤维对复合材料阻燃性能与力学性能的影响。3、以纸浆纤维为原料,以最优磷酸化纤维含量制备了阻燃型纸浆纤维-MCC/甲壳素复合材料,为了进一步解决阻燃型复合材料吸湿性强的缺点,使用环氧大豆油对复合材料进行耐水改性,探究了不同温度与不同时间处理条件下材料耐水性能的变化,发现环氧大豆油能明显降低阻燃型复合材料的吸水厚度膨胀率,阻燃型复合材料的1小时吸水厚度膨胀率从未改性的14%降低到环氧大豆油改性后的5.38%,降低幅度为61.57%。
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